Отскок черной дыры, гравитационные линзы и сверхновая 1987 года: майский астрообзор

Транснептуновый объект с необычной орбитой, самый мощный глитч от пульсара, обзор задач телескопа James Webb, философский спор о физике и, в качестве бонуса, танец черных дыр от автора. Читайте и смотрите все это в свежем обзоре от доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ Сергея Попова.

В мае arXiv.Org порадовал своих пользователей не только апгрейдом поискового интерфейса, но и рекордным количеством публикаций: их было загружено почти 13 000 (и около 10% — по астрономии). Так что было из чего выбирать. И интересные обзоры, и важные оригинальные результаты в самых разных областях — от Солнечной системы до внегалактической астрономии.

Еще в 2015 году участники проекта Dark Energy Survey обнаружили в Солнечной системе необычный транснептуновый объект. В публикации от 14 мая представлен результат подробного анализа его параметров. Большая полуось орбиты объекта составляет 450 а.е., то есть даже в перигелии он дальше от Солнца, чем Нептун; эксцентриситет — 0,92, то есть его орбита очень вытянута; наклонение — 54°, что необычно много! (Кстати, «поиграться» с 3D-моделями орбит транснептуновых объектов можно здесь). Размер небесного тела может составлять несколько сотен километров. На орбитальные параметры обнаруженного объекта сильно влияют планеты-гиганты. Кроме того, его параметры хорошо укладываются в модель, в которой в Солнечной системе существует еще одно далекое массивное тело — загадочная планета Х. Именно по этой причине открытие удостоилось довольно большого внимания СМИ.

Еще одна майская публикация посвящена тому, что есть у гораздо более известных планет, например, у Сатурна. Отлично проиллюстрированный обзор франко-японской группы авторов посвящен кольцам у тел Солнечной системы.

Еще один хороший обзор посвящен экзопланетам. Это полезная сводка данных о том, как параметры планет связаны со свойствами звезд, вокруг которых они вращаются. Разобраны все основные корреляции (например, большие планеты реже встречаются у красных карликов и чаще — у звезд с более высокой металличностью), а также возможные причины для их появления.

Информацией о звездах нас продолжают радовать команды, работающие с данными второго релиза данных спутника Gaia. В статье, выложенной на arXiv.Org 5 мая, речь идет о цефеидах и переменных звездах типа RR Лиры. На основе второго релиза удалось выделить почти 10 000 цефеид и почти 150 000 переменных типа RR Лиры. Более трети последних — новые открытия. Среди цефеид тоже есть ранее неизвестные объекты. Некоторые из обнаруженных переменных находятся в шаровых скоплениях или карликовых галактиках, включая Магеллановы Облака. Разумеется, самое существенное, что для этих объектов уже есть (или вскоре будут получены) точные оценки расстояний и кинематических параметров.

Хотя пока Gaia ничем особым не порадовала исследователей нейтронных звезд, они сами не устают нас удивлять новыми открытиями. Так, например, поставлен новый рекорд: обнаружен самый мощный глитч (сбой периода) от пульсара в Крабовидной туманности. Причем зарегистрирован он у этой нейтронной звезды после самого длинного периода без глитчей (с 1984 года). Никакие другие параметры: профиль импульса, рентгеновская светимость и другие — не изменились, «дернулись» только вращательные параметры. Это любопытно, ведь, замечу, окончательной теории глитчей так пока и нет. Подробнее об этом читайте в статье от 14 мая.

Кстати, пока кто-то изучает самый известный пульсар, другие открывают новые. Представлены данные по 45 новым радиопульсарам по данным обсерватории Green Bank. Среди них есть и весьма интересные, такие как новая пара из двух нейтронных звезд и пульсар с нуллингом. Собственно, в статье представлены не совсем открытия, а так называемые timing solutions, то есть теперь про эти пульсары известно достаточно много (благодаря новым наблюдениям, описанным в статье), чтобы делать всякие далеко идущие выводы. Например, для некоторых двойных объектов измерены массы, а для объектов, включенных в сети пульсарного тайминга с целью поиска гравитационных волн, существенно уточнены все параметры. Для многих объектов измерены скорости движения.

Иногда интересные работы связаны не с открытиями, а с отсутствием таковых. Как известно, мы до сих пор не знаем, какой компактный объект возник в результате вспышки сверхновой 1987 года в Большом Магеллановом Облаке (я вот думаю, что там «спрятанный магнитар»). Во многом это связано с тем, что в рентгеновском диапазоне центральная часть остатка долго остается непрозрачной. Детальному рассмотрению этого вопроса посвящена статья от 11 мая (можете посмотреть и другую работу той же группы на ту же тематику, но без жесткой привязки к SN1987A).

Авторы представляют наблюдения в разных диапазонах (миллиметровом, ИК, оптическом, УФ, рентгеновском) и дают верхние пределы на излучение компактного объекта. Предел на болометрическую (полную, во всех диапазонах) светимость составляет примерно 100 светимостей Солнца. Как ни странно, авторы показывают, что из инструментов ближайшего будущего дать данные по центральному источнику смогут скорее JWST и E-ELT (они должны увидеть переизлученное тепловое рентгеновское излучение поверхности), а не, например, рентгеновские аппараты.

Раз уж мы упомянули JWST, то никак нельзя обойти вниманием большую статью Джейсона Калираи, которая называется «Научные открытия с телескопом Джеймса Уэбба». Большой понятный обзор по этому телескопу и его научной программе. Начинается все с короткого исторического введения про телескопы вообще. Затем рассказывается об устройстве JWST.

После начинается подробный разговор о научных задачах и ожидаемых результатах. Четыре основные тематики JWST — это изучение планет и жизни, рождение звезд и планет, формирование галактик и, наконец, первый свет и реионизация (короткий, но важный этап в жизни Вселенной, когда практически нейтральная межгалактическая среда снова стала ионизованной благодаря излучению первых звезд и квазаров). В обзоре последовательно разбираются все четыре, а вдобавок рассказывается еще о некоторых возможностях. Также в конце (в приложении) рассказано о том, как, собственно, будут организованы наблюдения, как писать заявки и тому подобная информация.

Как видно, половина задач JWST связана с внегалактической астрономией. К ней мы и переходим. Одна из задач — непосредственно узнать, когда же началось звездообразование в галактиках. Пока инженеры разбираются с JWST (и все откладывают запуск), астрономы используют то, что под рукой. А под рукой естественные усилители света — гравитационные линзы. В статье от 15 мая речь идет о конкретном объекте — галактике MACS1149-JD1 на z=9,1 (полмиллиарда лет после Большого взрыва). Ее удалось рассмотреть благодаря гравитационному линзированию. Наблюдения проводились на ALMA. Изучение показало, что в галактике есть большая звездная популяция, сформированная примерно на z=15 (250-270 миллионов лет после начала расширения). Таким образом, это самые древние из известных звезд (хотя некоторые коллеги в соцсетях отмечают, что результат нуждается в подтверждении).

Гравитационные линзы часто помогают астрономам. Используя гравитационное линзирование, авторы статьи от 14 мая попытались определить массу сверхмассивной черной дыры в центральной галактике скопления MACS J1149.5+2223 на z=0,54. Линзируется далекая (z~1,5) галактика. Все удалось: масса черной дыры составляет несколько миллиардов солнечных, как и предполагалось. Но вот что интересно: дыра смещена относительно центра галактики более чем на 4 килопарсек! Это могло произойти из-за «отдачи» (эффект гравитационно-волновой ракеты, см. рассказ тут и видео здесь) при слиянии с другой дырой, произошедшем 30 миллионов лет назад. Правда, не исключено, что данные можно объяснить и иначе. Возможно, линзирует не черная дыра, а очень компактная поглощаемая галактика, но это маловероятно, ведь не видно возмущений, которые должны вызываться из-за присутствия галактики.

Сергей Попов объясняет эффект гравитационно-волновой ракеты

Сверхмасивные черные дыры — те еще «прыгуны» в сторону. В другой работе другой группы по другой «отскочившей» черной дыре рассказывается не только о «прыжке», но и о метаморфозах. В данном случае активное ядро галактики меняет свой спектральный тип. Авторы полагают, что это происходит с периодом 29 лет и связано с периодическим движением черной дыры в потенциале галактики. Соответственно, делаются предсказания, которые позволят проверить эту гипотезу. А еще можно заглянуть в статью от 15 мая, где изучается кандидат в «отскочившие» черные дыры в квазаре 3C 186. Новые данные находятся в хорошем соответствии с гипотезой об «отскоке».

Черная дыра в центре нашей Галактики стоит спокойно. И мы ждем результатов Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) по поискам так называемой тени черной дыры. Пока идет обработка данных 2017 года, представлены результаты более ранних наблюдений (2013 года) с меньшим числом телескопов. Использовалось несколько антенн от Гавайев до Чили (все эти антенны входят в EHT). Удалось добраться до масштаба 30 микросекунд дуги (это 0,3 а.е. на расстоянии 8 килопарсек, что соответствует примерно трем шварцшильдовским радиусам) и разглядеть там структуру. На данный момент это рекорд. Правда, не очень понятно, с чем связана обнаруженная структура (диск, джеты или что-то еще)...

Ну вот и все. А в качестве «чтения выходного дня» (тем более, что грядут длинные выходные) рекомендую статью Карло Ровелли «Физике нужна философия, философии нужна физика». Безусловно, интересно, что Ровелли думает по этому поводу. Начинается статья с цитат из Вайнберга, Хокинга и де Грасса Тайсона, объявляющих о «конце философии». А далее рассказывается, почему автор с ними не согласен. Более того, Ровелли высказывает предположение, что некоторый застой в теоретической физике в последние годы может быть связан с последствиями воздействия Поппера и Куна на ученых. Идея в том, что теоретики тратят слишком много сил на разработку моделей в духе «а почему бы и нет?», а экспериментаторы — на их проверку.

Автор — Сергей Попов

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.